第三代MSTP关键技术综述

一、MSTP概述

　　近年来，不断增长的IP数据、话音、图像等多种业务传送需求使得用户接入及驻地网的宽带化技术迅速普及起来，同时也促进了传输骨干网的大规模建设。由于业务的传送环境发生了巨大变化，原先以承载话音为主要目的的城域网在容量以及接口能力上都已经无法满足业务传输与汇聚的要求。于是，多业务传送平台（MSTP）技术应运而生。

　　MSTP技术的发展主要体现在对以太网业务的支持上，以太网新业务的QoS要求推动着MSTP的发展。一般认为MSTP技术发展可以划分为三个阶段。

　　第一代MSTP的特点是提供以太网点到点透传。它是将以太网信号直接映射到SDH的虚容器（VC）中进行点到点传送。在提供以太网透传租线业务时，由于业务粒度受限于VC，一般最小为2Mbit/s因此，第一代MSTP还不能提供不同以太网业务的QoS区分、流量控制、多个以太网业务流的统计复用和带宽共享以及以太网业务层的保护等功能。

　　第二代MSTP的特点是支持以太网二层交换。它是在一个或多个用户以太网接口与一个或多个独立的基于SDH虚容器的点对点链路之间实现基于以太网链路层的数据帧交换。相对于第一代MSTP，第二代MSTP作了许多改进，它可提供基于802.3x的流量控制、多用户隔离和VLAN划分、基于STP的以太网业务层保护以及基于802.1p的优先级转发等多项以太网方面的支持。目前正在使用的MSTP产品大多都属于第二代MSTP技术。但是，与以太网业务需求相比，第二代MSTP仍然存在着许多的不足，比如不能提供良好的QoS支持，业务带宽粒度仍然受限于VC，基于STP的业务层保护时间太慢，VLAN功能也不适合大型城域公网应用，还不能实现环上不同位置节点的公平接入，基于802.3x的流量控制只是针对点到点链路，等等。

　　最近才出现的第三代MSTP的特点是支持以太网QoS。在第三代MSTP中，引入了中间的智能适配层、通用成帧规程（GFP：Generic Framing Procedure）高速封装协议、虚级联和链路容量调整机制（LCAS）等多项全新技术。因此，第三代MSTP可支持QoS、多点到多点的连接、用户隔离和带宽共享等功能，能够实现业务等级协定（SLA）增强、阻塞控制以及公平接入等。此外，第三代MSTP还具有相当强的可扩展性。可以说，第三代MSTP为以太网业务发展提供了全面的支持。

　　二、第三代MSTP关键技术

　　1.虚级联

　　VC的级联概念是在ITU-T G.7070中定义的，分为相邻级联和虚级联两种。SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是连续的，共用相同的通道开销（POH），此种情况称为相邻级联，有时也直接简称为级联。SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是独立的，其位置可以灵活处理，此种情况称为虚级联。

　　从原理上讲，可以将级联和虚级联看成是把多个小的容器组合为一个比较大的容器来传输数据业务的技术。通过级联和虚级联技术，可以实现对以太网带宽和SDH虚通道之间的速率适配。尤其是虚级联技术，可以将从VC－4到VC－12等不同速率的小容器进行组合利用，能够做到非常小颗粒的带宽调节，相应的级联后的最大带宽也能在很小的范围内调节。虚级联技术的特点就是实现了使用SDH经济有效地提供合适大小的信道给数据业务，避免了带宽的浪费，这也是虚级联技术最大的优势。

　　2.通用成帧规程

　　GFP是在ITU-T G.7041中定义的一种链路层标准它既可以在字节同步的链路中传送长度可变的数据包，又可以传送固定长度的数据块，是一种简单而又灵活的数据适配方法。

　　GFP采用了与ATM技术相似的帧定界方式，可以透明地封装各种数据信号，利于多厂商设备互联互通；GFP引进了多服务等级的概念，实现了用户数据的统计复用和QoS功能。

　　GFP采用不同的业务数据封装方法对不同的业务数据进行封装，包括GFP－F和GFP－T两种方式。GFP－F封装方式适用于分组数据，把整个分组数据（PPP、IP、RPR、以太网等）封装到GFP负荷信息区中，对封装数据不做任何改动，并根据需要来决定是否添加负荷区检测域。GFP－Ｔ封装方式则适用于采用8B/10B编码的块数据，从接收的数据块中提取出单个的字符，然后把它映射到固定长度的GFP帧中。

　　3.链路容量调整机制

　　LCAS是在ITU-T G.7042中定义的一种可以在不中断数据流的情况下动态调整虚级联个数的功能，它所提供的是平滑地改变传送网中虚级联信号带宽以自动适应业务带宽需求的方法。

　　LCAS是一个双向的协议，它通过实时地在收发节点之间交换表示状态的控制包来动态调整业务带宽。控制包所能表示的状态有固定、增加、正常、EOS（表示这个VC是虚级联信道的最后一个VC）、空闲和不使用六种。

　　LCAS可以将有效净负荷自动映射到可用的VC上，从而实现带宽的连续调整，不仅提高了带宽指配速度、对业务无损伤，而且当系统出现故障时，可以动态调整系统带宽，无须人工介入，在保证服务质量的前提下显著提高网络利用率。一般情况下，系统可以实现在通过网管增加或者删除虚级联组中成员时，保证“不丢包”；即使是由于“断纤”或者“告警”等原因产生虚级联组成员删除时，也能够保证只有少量丢包。

　　4.智能适配层

　　虽然在第二代MSTP中也支持以太网业务，但却不能提供良好的QoS支持，其中一个主要原因就是因为现有的以太网技术是无连接的。为了能够在以太网业务中引入QoS，第三代MSTP在以太网和SDH/SONET之间引入了一个智能适配层，并通过该智能适配层来处理以太网业务的QoS要求。智能适配层的实现技术主要有多协议标签交换（MPLS）和弹性分组环（RPR）两种。

　　（1）多协议标签交换

　　MPLS是1997年由思科公司提出，并由IETF制定的一种多协议标签交换标准协议，它利用2.5层交换技术将第三层技术（如IP路由等）与第二层技术（如ATM、帧中继等）有机地结合起来，从而使得在同一个网络上既能提供点到点传送，也可以提供多点传送；既能提供原来以太网尽力而为的服务，又能提供具有很高QoS要求的实时交换服务。MPLS技术使用标签对上层数据进行统一封装，从而实现了用SDH承载不同类型的数据包。这一过程的实质就是通过中间智能适配层的引入，将路由器边缘化，同时又将交换机置于网络中心，通过一次路由、多次交换将以太网的业务要求适配到SDH信道上，并通过采用GFP高速封装协议、虚级联和LCAS，将网络的整体性能大幅提高。

　　基于MPLS的第三代MSTP设备不但能够实现端到端的流量控制，而且还具有公平的接入机制与合理的带宽动态分配机制，能够提供独特的端到端业务QoS功能。另外，通过嵌入二层MPLS技术，允许不同的用户使用同样的VLAN ID，从根本上解决了VLAN地址空间的限制。再有，由于MPLS中采用标签机制，路由的计算可以基于以太网拓扑，大大减少了路由设备的数量和复杂度，从整体上优化了以太网数据在MSTP中的传输效率，达到了网络资源的最优化配置和最优化使用。

　　（2）弹性分组环

　　RPR是IEEE定义的如何在环形拓扑结构上优化数据交换的MAC层协议，RPR可以承载以太网业务、IP/MPLS业务、视频和专线业务，其目的在于更好地处理环形拓扑上数据流的问题。RPR环由两根光纤组成，在进行环路上的分组处理时，对于每一个节点，如果数据流的目的地不是本节点的话，就简单地将该数据流前传，这就大大地提高了系统的处理性能。通过执行公平算法，使得环上的每个节点都可以公平地享用每一段带宽，大大提高了环路带宽利用率，并且一条光纤上的业务保护倒换对另一条光纤上的业务没有任何影响。

　　RPR是一种专门为环形拓扑结构构造的新型MAC协议，具有灵活、可靠等特点。它能够适应任何标准（如SDH、以太网、DWDM等）的物理层帧结构，可有效地传送话音、数据、图像等多种类型的业务，支持SLA以及二层和三层功能，提供多等级、可靠的QoS服务支持动态的网络拓扑更新。其节点间可采用类似OSPF的算法交换拓扑识别信令并具有防止分组死循环的机制，增加了环路的自愈能力。另外，RPR还具有较强的兼容性和良好的扩展性，具有TDM、SDH、以太网、POS等多种类多速率端口，能够承载IP、SDH、TDM、ATM、以太网等多种协议的业务还可以方便地增加传输线路、传输带宽或插入新的网络节点，对将来可能出现的新业务、协议或物理层规范具有良好的适应性。再有，由于RPR环路每个节点都掌握环路拓扑结构和资源情况，并根据实际情况调整环路带宽分配情况，所以网管人员并不需要对节点间资源分配进行太多干预，减少了人工配置所带来的人为错误。RPR使得运营商能够在城域网内以较低成本提供电信级服务，是一种非常适合在城域网骨干层、汇聚层使用的技术。

　　（3）MPLS技术与RPR技术比较

　　MPLS技术与RPR技术各有优缺点。MPLS技术通过LSP标签栈突破了VLAN在核心节点的4096地址空间限制，并可以为以太网业务QoS、SLA增强和网络资源优化利用提供很好的支持；而RPR技术为全分布式接入，提供快速分组环保护，支持动态带宽分配、空间重用和额外业务。从对整个城域网网络资源的优化功能来看，MPLS技术可以从整个城域网网络结构上进行资源的优化，完成最佳的统计复用，而RPR技术只能从局部（在一个环的内部）而不是从整个网络结构对网络资源进行优化。从整个城域网的设备构成复杂性上来看，使用MPLS技术可以在整个城域网上避免第三层路由设备的引入，而RPR设备在环与环之间相连接时，却不可避免地要引入第三层路由设备。从保护恢复来看，虽然MPLS技术也能提供网络恢复功能，但是RPR却能提供更高的网络恢复速度。

　　目前RPR技术已经为大多数厂商所采用，在市场上具有相对优势。

　　三、结 语

　　随着对业务种类和带宽需求的进一步增长，城域网必须要灵活可靠、具有大容量和良好的可扩展性、支持多协议和多业务、有灵活的电路调度和业务管理能力，从而使运营商在保护既往投资的同时，又能够灵活、快速地进行网络扩容和开展新业务，进而降低运营成本，增加业务收入，提升自身的竞争优势。在城域网的建设中，虚级联可以提供一种更加灵活的信道容量组织方式以更好地满足数据业务的传输特点；LCAS可以提供一系列动态改变传送信道容量的规约和步骤；GFP可以提供一种对于以帧为单位组织的数据业务的简单有效的封装方式；MPLS和RPR可以提供大量数据业务传输的能力。可以说，第三代MSTP为城域网建设提供了非常理想的解决方案。